Ex d — obudowa ognioszczelna, szczelina złącza i grupy gazów wg IEC 60079-1

Przewodnik o Ex n — urządzeniach nieiskrzących dla strefy 2 (IEC 60079-15) oraz przewodnik o bezpieczeństwie iskrobezpiecznym Ex i omawiają dwie koncepcje ochrony zapobiegające zapłonowi poprzez ograniczenie energii lub wykluczenie iskrzenia. Ex d przyjmuje zasadniczo inne podejście: źródło zapłonu (styk łączeniowy, łuk elektryczny, przegrzana powierzchnia) może znajdować się wewnątrz obudowy, a wewnętrzny wybuch może nawet wystąpić — pod warunkiem że wybuch ten nie może rozprzestrzenić się na zewnątrz. Ta koncepcja ochrony jest znormalizowana w IEC 60079-1.

Podstawowa zasada: obudowa powstrzymuje wybuch

Obudowa Ex d (obudowa ognioszczelna) jest zbudowana mechanicznie na tyle wytrzymale, aby wytrzymać falę ciśnienia z wewnętrznego zapłonu wybuchowej mieszaniny gazowej bez uszkodzenia. Zagrożenie nie tkwi w samym ciśnieniu, lecz w gorących gazach spalinowych powstałych podczas tego wewnętrznego wybuchu: jeśli te gazy mogą swobodnie się wydostać, mogą wciąż zapalić otaczającą atmosferę wybuchową. IEC 60079-1 rozwiązuje ten problem poprzez precyzyjnie wymiarowane szczeliny złączy (flame paths) w każdym miejscu, gdzie obudowa styka się z powietrzem zewnętrznym — na przykład między pokrywą a obudową, wokół łożyska wału lub wokół wprowadzenia kabla.

Jak szczelina złącza zatrzymuje przeniesienie płomienia

Szczelina złącza nie działa poprzez całkowite uszczelnienie otworu, lecz poprzez dobór kombinacji szerokości i długości szczeliny w taki sposób, aby wydostające się gorące gazy spalinowe podczas przechodzenia przez szczelinę zostały wystarczająco schłodzone, a front płomienia wystarczająco opóźniony, tak aby temperatura gazów docierających ostatecznie na zewnętrzną stronę szczeliny pozostawała poniżej temperatury zapłonu otaczającej atmosfery wybuchowej. Dłuższa szczelina (większa powierzchnia do odprowadzania ciepła) pozwala na większą szerokość szczeliny; krótsza szczelina wymaga mniejszej szerokości, aby osiągnąć ten sam poziom ochrony.

Grupy gazów określają dopuszczalną szerokość szczeliny

Nie każdą palną mieszaninę gazowo-powietrzną jest równie łatwo zapalić przez wąską szczelinę. Ta właściwość jest wyrażana jako maksymalna eksperymentalna bezpieczna szczelina (MESG): największa szerokość szczeliny, przy której dana mieszanina gazowa, w znormalizowanych warunkach badania, jeszcze nie powoduje przeniesienia płomienia na zewnątrz. Na podstawie MESG atmosfery wybuchowe są klasyfikowane do grup gazów:

• Grupa IIA (np. propan): stosunkowo duży MESG, co pozwala na najszersze szczeliny złączy spośród trzech grup.
• Grupa IIB (np. etylen): mniejszy MESG niż IIA, a zatem węższa dopuszczalna szczelina złącza.
• Grupa IIC (np. wodór i acetylen): najmniejszy MESG, a więc najsurowszy wymóg dotyczący szczeliny złącza — te gazy mają najniższą minimalną energię zapłonu spośród powszechnych gazów przemysłowych i dlatego zapalają się najłatwiej przez wąski otwór.

Im wyższa grupa gazów, tym węższa (i precyzyjniej wykonana) musi być szczelina złącza przy tej samej długości szczeliny, i tym mniejsza dopuszczalna tolerancja wykonania.

Uwaga: dokładne minimalne długości szczelin i maksymalne szerokości szczelin, przewidziane dla każdej grupy gazów i każdej klasy wewnętrznej objętości swobodnej, są określone w tabelach samej normy IEC 60079-1; ten artykuł omawia podstawową zasadę, a nie pełne wartości tabelaryczne. W razie wątpliwości obowiązuje zatwierdzenie typu i certyfikat konkretnej obudowy, a nie reguła praktyczna.

Dlaczego ma to znaczenie w praktyce

Obudowa Ex d (szafa rozdzielcza, skrzynka zaciskowa silnika, oprawa oświetleniowa) nigdy nie może być otwierana ani naprawiana po montażu lub konserwacji bez zachowania oryginalnych, certyfikowanych wymiarów szczeliny złącza: uszkodzona, skorodowana lub niewłaściwie obrobiona powierzchnia złącza (na przykład wskutek nadmiernego szlifowania, malowania powierzchni ognioszczelnej lub montażu nieoryginalnej uszczelki) może zwiększyć efektywną szerokość szczeliny i tym samym niepostrzeżenie zniweczyć ochronę przed przeniesieniem płomienia — nawet jeśli obudowa z zewnątrz nadal wygląda na w pełni nienaruszoną. Zob. też przewodnik o wprowadzeniach kablowych ATEX Ex d/Ex e w sprawie dodatkowych wymagań dla wprowadzeń kablowych w obudowie Ex d oraz przewodnik o okresowej kontroli ATEX (IEC 60079-17) w sprawie okresowej kontroli powierzchni ognioszczelnych pod kątem korozji, uszkodzeń i prawidłowego montażu.

Częste błędy

1. Obróbka, szlifowanie lub malowanie ognioszczelnej powierzchni złącza obudowy Ex d bez świadomości, że może to zmienić certyfikowane wymiary szczeliny — każda obróbka tej powierzchni wymaga ponownej oceny przez kompetentną stronę.
2. Stosowanie obudowy niższej grupy gazów (np. urządzenia certyfikowanego dla IIA w środowisku IIC z wodorem) — szczelina złącza jest wówczas zbyt szeroka dla faktycznie obecnej atmosfery wybuchowej.
3. Niedocenianie korozji lub zanieczyszczenia na powierzchni ognioszczelnej, ponieważ może to lokalnie zwiększyć efektywną szerokość szczeliny lub zakłócić odprowadzanie ciepła przez szczelinę, nie będąc od razu widocznym przy powierzchownej kontroli wzrokowej.
4. Zakładanie, że "solidnie zbudowane" oznacza "certyfikowane wg Ex d" — wytrzymałość mechaniczna na wewnętrzną falę ciśnienia to tylko jeden wymóg; bez prawidłowego, certyfikowanego wymiarowania szczeliny złącza obudowa nie nadaje się do zastosowania Ex d, niezależnie od tego, jak masywna się wydaje.

Powiązane

• Ex n — urządzenia nieiskrzące dla strefy 2 (IEC 60079-15)
• Bezpieczeństwo iskrobezpieczne Ex i — bariera i parametry entity
• Wprowadzenia kablowe ATEX Ex d/Ex e
• Okresowa kontrola ATEX (IEC 60079-17)